DE10206359A1

DE10206359A1 - Thermostatventil sowie Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufes

Info

Publication number: DE10206359A1
Application number: DE10206359A
Authority: DE
Inventors: Werner Engelin; Hartmut Engels; Erhard Rau; Jochen Weeber; Frank Weinert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Engelin Werner Dipl-Ing 72649 Wolfschlugen De; Engelin Werner Dipl-Ing De; Engels Hartmut Dipl-Ing 72649 Wolfschluge De; Engels Hartmut Dipl-Ing De; Weeber Jochen Dipl-Ing 70794 Filderstadt De; Weeber Jochen Dipl-Ing De; Weinert Frank Dipl-Ing 71299 Wimsheim De; Weinert Frank Dipl-Ing De
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-09-04
Also published as: US20030177985A1; GB2387892B; GB2387892A; GB0302996D0; US6843210B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil (6') für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit einem durchströmbaren Gehäuse (6a'), welches eine erste Durchflußöffnung zum Anschluß an eine erste Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung (8), eine zweite Durchflußöffnung zum Anschluß an eine zweite Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung (9), sowie eine dritte Durchflußöffnung zum Anschluß an eine dritte Kühlmittelleitung, insbesondere eine Zufuhrleitung (7), aufweist, einem in dem Gehäuse (6a) gelagerten Verschlußorgan (10, 12), das von einer Betätigungseinheit (11) verstellbar ist, wobei das Verschlußorgan ein erstes Sperrelement (10) zum Sperren der ersten Durchflußöffnung sowie ein mit dem ersten Sperrelement gekoppeltes zweites Sperrelement (12) zum Sperren der zweiten Durchflußöffnung aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist dem zweiten Sperrelement eine Verstelleinrichtung zugeordnet, über die das zweite Sperrelement gegenüber dem ersten Sperrelement derart verstellbar ist, daß das Verschlußorgan zum einen in eine Durchlaßstellung, in der es genau eine Durchflußöffnung verschließen kann, und zum anderen in eine Absperrstellung bringbar ist, in der es zwei Durchflußöffnungen verschließen kann. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares und besonders leistungsfähiges Thermostatventil für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, einen besonders einfach ansteuerbaren Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur entsprechenden -Steuerung des Thermostatventils, des Kühlmittelkreislaufs und der Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Thermostatventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Kühlmittelkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Thermostatventils in drei verschiedenen Arbeitspositionen,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Thermostatventils in drei verschiedenen Arbeitspositionen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Thermostatventils in drei verschiedenen Arbeitspositionen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vierten Thermostatventils in vier verschiedenen Arbeitspositionen und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines fünften Thermostatventils in einer ersten Arbeitsposition.
In Fig. 1 ist schematisch ein Kühlmittelkreislauf 1 einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt, in dem ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, von einer Kühlmittelpumpe 3 umgewälzt wird. Ausgehend von der Brennkraftmaschine 1 ist das Kühlmittel zum einen einem Heizungswärmetauscher 4 und zum anderen einem Umgebungsluftwärmetauscher 5, dem sogenannten Kühler, zuführbar. Eine entsprechende Leitungsanordnung ermöglicht eine voneinander unabhängige Durchströmung von Heizungswärmetauscher 4 und Kühler 5, wobei zur Steuerung der Kühlmittelströmung (bzw. des Kühlmittelvolumenstroms) ein Thermostatventil 6 vorgesehen ist. Je nach Steuerung der Kühlmittelströmung kann ein unterschiedlicher Wärmetransfer über die unterschiedlichen Wärmetauscher erfolgen. Dem Thermostatventil 6 sind mehrere Zufuhr- und Abfuhrleitungen zugeordnet, die nachfolgend beschrieben werden.
Über eine motorseitige Zufuhrleitung 7 ist dem Thermostatventil 6 Kühlmittel direkt von der Brennkraftmaschine 2 aus zuführbar. Am Ventil 6 ist eine Verzweigung des Kühlmittelstromes bzw. eine alternierende Weiterleitung zum einen in eine Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 (Bypass) oder zum anderen in eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8. Eine bei Bedarf vorsehbare, ggf. absperrbare Anzapfleitung A ermöglicht eine Hilfsdurchströmung des Thermostatventils 6, bei der Kühlmittel aus der Zufuhrleitung 7 in den Heizungswärmetauscher-Leitungszweig geleitet wird, wodurch eine Temperierung des Thermostatventils 6 mit heißem Kühlmittel realisierbar ist.
In Fig. 2 ist ein Zwei-Teller-Thermostatventil 6' in drei verschiedenen Arbeitspositionen (Abbildungen a, b, c) dargestellt. Dem Ventil 6' sind eine motorseitige Zufuhrleitung 7, eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8 sowie eine Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 zugeordnet. Im Ventilgehäuse 6a' sind entsprechende Durchflußöffnungen vorgesehen. Bei Bedarf ist auch eine wie oben geschilderte Anzapfleitung A vorsehbar.
Zur Steuerung des Kühlmittelvolumenstromes durch das Ventil 6' sind innerhalb des Ventilgehäuses 6a' Sperrelemente in Form zweier insbesondere translatorisch bewegbarer Ventilteller 10, 12 angeordnet. Die Ventilteller bilden gemeinsam ein Verschlußorgan zum Sperren der Durchflußöffnungen des Ventils. Der erste Ventilteller 10 ist zur Absperrung der kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 vorgesehen und über ein erstes Verstellelement in Form eines Dehnstoffelements 11 verschiebbar, während der zweite Ventilteller 12 zur Absperrung der Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 vorgesehen ist und mittels eines Federelements 14 an dem ersten Ventilteller angehängt ist. Der erste Ventilteller 10 wird von einer sich gegen das Gehäuse 6a' abstützende Feder F1 in seine Ruheposition gedrückt, in der die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 gesperrt ist. Der zweite Ventilteller 12 ist von einer Feder F2 in Richtung einer Öffnungsposition (wie in Abbildung a dargestellt) belastet.
Der erste Ventilteller 10 ist von einem zum ersten Verstellelement 11 parallel bewegbaren, zweiten Verstellelement 13 durchstoßen, welches zur gesonderten Ansteuerung des zweiten Ventiltellers 12 vorgesehen ist. Zwischen dem ersten Ventilteller 10 und dem zweiten Verstellelement 13 ist eine flüssigkeitsdichte Abdichtung (nicht dargestellt) vorgesehen. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist das zweite Verstellelement an dem ersten Ventilteller mit Abstand vorbeigeführt. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist zwischen erstem und zweitem Ventilteller ein (ggf. extern ansteuerbares) Dehnstoffelement als Betätigungseinrichtung für den zweiten Ventilteller angeordnet.
Dem ersten Verstellelement 11 ist eine Energiezufuhreinrichtung 15 zugeordnet, die eine externe Beheizung ermöglicht. Die Energiezufuhreinrichtung 15 kann als hydraulische oder pneumatische Leitungsanordnung ausgebildet sein, mittels der dem Dehnstoffelement ein temperiertes Medium gesteuert zuführbar ist. Alternativ ist die Energiezufuhreinrichtung 15 beispielsweise als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet.
Das zweite Verstellelement 13 ist unabhängig von dem ersten Verstellelement 11 insbesondere elektrisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbar.
Die generelle Temperaturregelung des Zwei-Teller-Thermostatventils 6' erfolgt über das Dehnstoffelement 11, wobei entsprechend des durch das Ventil strömende Kühlmittel verursachten Wärmeeintrags in das Dehnstoffelement 11 die Durchlässe zur kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 und zur Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 gleichgerichtet, d. h. parallel laufend, geöffnet oder geschlossen werden. Diese Funktionalität ist auf eine (vor)bestimmte Kühlmitteltemperatur einstellbar. Es ergibt sich prinzipiell entweder eine geöffnete kühlerseitige Abfuhrleitung 8 oder eine geöffnete Kurzschluß- Abfuhrleitung 9.
Erfindungsgemäß wird dieser Zusammenhang dadurch "durchbrochen", daß der zweite Ventilteller 12 mittels des zweiten Verstellelementes 13 gesondert ansteuerbar ist, so daß die Ventilteller 10, 13 hinsichtlich ihrer Position entkoppelt sind.
In der Fig. 2 ergibt sich gemäß Abbildung a eine erste Arbeitsposition mit einer geöffneten Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 und einer geschlossenen kühlerseitigen Abfuhrleitung 8, so daß das Kühlmittel im sogenannten Motorkurzschluß zirkuliert. Entsprechend Abbildung c ergibt sich eine zweite Arbeitsposition, in der die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 geschlossen und die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 geöffnet ist. Zwischen der ersten und der zweiten Arbeitsposition sind die Ventilteller 10, 12 gemeinsam mittels des ersten Verstellelementes 11 hin und her bewegbar. Ausgehend von der ersten Arbeitsposition gemäß Abbildung a ist der zweite Ventilteller 12 mit Hilfe des zweiten Verstellelementes 13 derart ansteuerbar, daß er die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 sperrt, so daß sowohl die kühlerseitige Abfuhrleitung 8, als auch die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 vollständig geschlossen sind.
In Fig. 3 ist ein Zwei-Teller-Thermostatventil 6" in drei verschiedenen Arbeitspositionen (Abbildungen a, b, c) dargestellt. Dem Ventil 6" sind eine motorseitige Zufuhrleitung 7, eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8 sowie eine Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 zugeordnet. Im Ventilgehäuse 6a" sind entsprechende Durchfußöffnungen vorgesehen. Bei Bedarf ist eine Anzapfleitung A vorsehbar, über die eine Hilfsströmung aus dem Ventil 6a" entnehmbar ist.
Zur Steuerung des Kühlmittelvolumenstromes durch das Ventil 6" bzw. zur Sperrung der Durchflußöffnungen des Ventilgehäuses sind innerhalb des Ventilgehäuses 6a" zwei insbesondere translatorisch bewegbare Ventilteller 20, 22 angeordnet, die einen Teil des Verschlußorgans des Ventils bilden. Der erste Ventilteller 20 ist zur Absperrung der kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 vorgesehen und über ein erstes Verstellelement in Form eines Dehnstoffelements 21 verschiebbar, während der zweite Ventilteller 22 zur Absperrung der Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 vorgesehen ist und mittels eines Federelements 24 an dem ersten Ventilteller angehängt ist. Der erste Ventilteller 20 wird von einer sich gegen das Gehäuse 6a" abstützenden Feder F1 in seine Ruheposition gedrückt, in der die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 gesperrt ist.
Außerhalb des Ventilgehäuses 6a" sind ein dritter Ventilteller 26 und ein zweites Verstellelement 23 angeordnet, die über eine Stange 25 gekoppelt und gehäuseseitig gelagert sind. Das zweite Verstellelement 23 ist unabhängig von dem ersten Verstellelement 21 elektrisch, elektromechanisch, pneumatisch und/oder hydraulisch betätigbar bzw. ansteuerbar und verstellt seinerseits wiederum den dritten Ventilteller 26. Diese Betätigung erfolgt unabhängig von einer Verstellung der Ventilteller 20, 22. In einer modifizierten Ausführungsform ist der dritte Ventilteller (ggf. samt Betätigungselement) ebenfalls innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. In jedem Fall bildet der dritte Ventilteller ebenfalls einen Teil des Verschlußorgans des Ventils 6a".
Dem ersten Verstellelement 21 ist eine Energiezufuhreinrichtung 25 zugeordnet, die eine externe Beheizung ermöglicht. Die Energiezufuhreinrichtung 25 kann als hydraulische oder pneumatische Leitungsanordnung ausgebildet sein, mittels der dem Dehnstoffelement ein temperiertes Medium gesteuert zuführbar ist. Alternativ ist die Energiezufuhreinrichtung 25 beispielsweise als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet.
Die generelle Temperaturregelung des Zwei-Teller-Thermostatventils 6" erfolgt über das Dehnstoffelement 21, wobei entsprechend des durch das Ventil strömende Kühlmittel verursachten Wärmeeintrags in das Dehnstoffelement 21 die Durchlässe zur kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 und zur Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 gleichgerichtet, d. h. parallel laufend, geöffnet oder geschlossen werden. Diese Funktionalität ist auf eine (vor)bestimmte Kühlmitteltemperatur einstellbar. Es ergibt sich prinzipiell entweder eine geöffnete kühlerseitige Abfuhrleitung 8 oder eine geöffnete Kurzschluß- Abfuhrleitung 9.
Dieser Zusammenhang wird dadurch durchbrochen, daß der dritte Ventilteller 26 mittels des zweiten Verstellelementes 23 gesondert und unabhängig von den beiden Ventiltellern 20, 22 in eine Schließstellung zu bringen ist, in der die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 gesperrt ist. Eine derartige Anordnung stellt eine gesonderte Absperrung des Kurzschluß-Bypasses dar.
In der Fig. 3 ergibt sich gemäß Abbildung a eine erste Arbeitsposition mit einer geöffneten Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 und einer geschlossenen kühlerseitigen Abfuhrleitung 8, so daß das Kühlmittel im sogenannten Motorkurzschluß zirkuliert. Entsprechend Abbildung c ergibt sich eine zweite Arbeitsposition, in der die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 geschlossen und die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 geöffnet ist. Zwischen der ersten und der zweiten Arbeitsposition sind die Ventilteller 20, 22 gemeinsam mittels des ersten Verstellelementes 21 hin und her bewegbar. Ausgehend von der ersten Arbeitsposition gemäß Abbildung a ist der dritte Ventilteller 26 mit Hilfe des zweiten Verstellelementes 23 derart ansteuerbar, daß er die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 sperrt, so daß sowohl die kühlerseitige Abfuhrleitung 8, als auch die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 vollständig geschlossen sind. Ebenso kann ausgehend von der zweiten Arbeitsposition gemäß Abbildung c mittels des Ventiltellers 26 die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 quasi zusätzlich abgesperrt werden, so daß die Ventilteller 20, 22 nachfolgend in die erste Arbeitsposition gemäß Abbildung a bewegt werden können, ohne daß die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 geöffnet würde.
In Fig. 4 ist ein Drei-Teller-Thermostatventil 6''' in drei verschiedenen Arbeitspositionen (Abbildungen a, b, c) dargestellt. Dem Ventil 6''' sind eine motorseitige Zufuhrleitung 7, eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8 sowie eine Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 zugeordnet. Bei Bedarf ist eine Anzapfleitung A vorsehbar, über die eine Hilfsströmung aus dem Ventil 6a''' entnehmbar ist.
Zur Steuerung des Kühlmittelvolumenstromes durch das Ventil 6''' sind innerhalb des Ventilgehäuses 6a''' drei insbesondere translatorisch bewegbare Ventilteller 30, 32, 36 angeordnet. Der erste Ventilteller 30 ist zur Absperrung der kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 vorgesehen und über ein erstes Verstellelement in Form eines Dehnstoffelements 31 verschiebbar, während der zweite Ventilteller 32 zur Absperrung der Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 vorgesehen ist und mittels eines Federelements 34 an dem ersten Ventilteller 30 angehängt ist. Der erste Ventilteller 30 wird von einer sich gegen das Gehäuse 6a''' abstützenden Feder F1 in seine Ruheposition gedrückt, in der die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 gesperrt ist.
In einem unteren Abschnitt des Ventilgehäuses 6a''' ist der dritte Ventilteller 36 angeordnet, er wird mittels einer sich gegen das Gehäuse 6a''' abstützenden Feder F2 in seine Ruheposition gedrückt, in der die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 gesperrt ist. Der dritte Ventilteller 36 ist über eine Stange 35, die die Ventilteller 30, 32 durchstößt, durch das Dehnstoffelement 31 ansteuerbar.
Dem Dehnstoffelement 31 ist eine Energiezufuhreinrichtung 33 zugeordnet, die eine externe Beheizung ermöglicht. Die Energiezufuhreinrichtung 33 kann als hydraulische oder pneumatische Leitungsanordnung ausgebildet sein, mittels der dem Dehnstoffelement 31 ein temperiertes Medium gesteuert zuführbar ist. Alternativ ist die Energiezufuhreinrichtung 33 beispielsweise als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet.
Die Temperaturregelung des Drei-Teller-Thermostatventils 6''' erfolgt über das Dehnstoffelement 31, wobei entsprechend des durch das Ventil strömende Kühlmittel verursachten Wärmeeintrags in das Dehnstoffelement 31 die Ventilteller 30, 32 gleichgerichtet, d. h. parallel laufend, verstellt werden, während der dritte Ventilteller 36 über die Stange 35 angesteuert wird, wobei eine Entkoppelung wie folgt vorgesehen ist.
Die Stange 35 ist in einer ersten Arbeitsposition des Ventils 6''' gemäß Abbildung a mit einen Abstand W1 zum dritten Ventilteller 36 angeordnet. Dieser Abstand W1 stellt einen Leerlaufweg der Stange 35 dar. Zugleich ist die Stange 35 um eine gewisse Länge W2 größer ausgeführt als der Abstand der Ventilteller 30 und 36 in der jeweiligen Ruheposition (siehe Abbildung a) bemessen ist. Diese Länge W2 stellt den entkoppelten Arbeitsweg des dritten Ventiltellers 36 dar, den der Ventilteller 36 unabhängig von den anderen beiden Ventiltellern zurücklegen kann. Die Längen W1 und W2 sind konstruktiv vorgebbar und bestimmen die Funktionscharakteristik des Ventils 6''' maßgeblich. Dabei ist der Leerlaufweg W1 im kalten Zustand des Dehnstoffelements 31 maximal. Er geht gegen Null, wenn das Kühlmittel eine Temperatur erreicht, bei der die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 (Bypass) geöffnet werden soll.
In der Fig. 4 ergibt sich gemäß Abbildung a die erste Arbeitsposition mit einer gesperrten Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 und einer gesperrten kühlerseitigen Abfuhrleitung 8, so daß das Kühlmittel im Kühlkreislauf 1 entweder vollständig ruht oder (falls vorgesehen) durch eine Anzapfleitung A strömt. Die Stange 35 ist um den Weg W1 vom dritten Ventilteller 36 beabstandet. Entsprechend Abbildung b ergibt sich eine zweite Arbeitsposition, in der sich die Stange 35 in Kontakt befindet mit dem dritten Ventilteller 36. Somit kann die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 durch eine Ausdehnung des Dehnstoffelements 31 geöffnet werden, und die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 kann auch bei einer Ausdehnung des Dehnstoffelementes 31 gesperrt bleiben.
Ausgehend von der zweiten Arbeitsposition gemäß Abbildung b ist der dritte Ventilteller 36 mit Hilfe des (vorzugsweise extern aktivierbaren) Dehnstoffelementes 31 derart ansteuerbar, daß er die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 öffnet, so daß diese mit einer Ausdehnung des Dehnstoffelementes 31 gegen die Kraft der Feder F2 sukzessive geöffnet und mit einer Kontraktion des Dehnstoffelementes durch die Feder F2 sukzessive geschlossen wird. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Ventilteller 36 beispielsweise über eine ungleichmäßige Federbelastung nicht nur linear verschiebbar, sondern auch schwenkbar gelagert.
Nachdem sich das Dehnstoffelement 31 um die Länge W2 ausgedehnt hat, nimmt es bei einer weiteren Ausdehnung nicht nur den dritten Ventilteller 36 mit, sondern auch den ersten Ventilteller 30 (und mit diesem den zweiten Ventilteller 32). Es ergibt sich eine (nicht dargestellte) Arbeitsposition, in der sowohl die kühlerseitige Abfuhrleitung 8, als auch die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 wenigstens teilweise geöffnet sind. Es stellt sich eine Kühlmittelströmung durch die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 und nachfolgend auch durch die kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 ein. Eine weitere Ausdehnung des Dehnstoffelementes 31, die vorzugsweise durch das erwärmte Kühlmittel bewirkt wird, bringt das Ventil 6''' schließlich in eine dritte Arbeitsposition (vgl. Abbildung c), in der die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 mittels des zweiten Ventiltellers 32 geschlossen und die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 vom ersten Ventilteller 30 gegen die Kraft der Feder F1 freigegeben ist.
In einem bevorzugten modifizierten Ausführungsbeispiel sind anstelle des einen Dehnstoffelementes 31 zwei gesonderte, vorzugsweise in Reihe geschaltete Dehnstoffelemente mit unterschiedlichen Ansprechcharakteristiken vorgesehen. Insbesondere beinhalten die beiden gesonderten Dehnstoffelemente Füllungen mit Wachsen, die unterschiedliche Ausdehnungseigenschaften bzw. Schmelz- und/oder Umwandlungstemperaturen aufweisen. Vorzugsweise ist dabei das erste Dehnstoffelement über eine externe Heizeinrichtung unabhängig von einer Kühlmittelströmung im Ventil ansteuerbar und derart angeordnet, daß es den dritten Ventilteller aus seiner Ruheposition heraus verschieben kann, während das zweite Dehnstoffelement über die Kühlmittelströmung im Ventil aktivierbar ist.
In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist als Dehnelement ein Bimetall-Element oder ein Dehnelement aus einer metallischen Memory-Legierung vorgesehen, wobei dem Dehnelement jeweils eine erste Ausdehnungscharakteristik in einem niedrigeren Temperaturbereich und eine andere Ausdehnungscharakteristik in einem höheren Temperaturbereich zugeordnet ist.
In Fig. 5 ist ein Drei-Teller-Thermostatventil 6"" in vier verschiedenen Arbeitspositionen (Abbildungen a, b, c, d) dargestellt. Dem Ventil 6"" sind eine motorseitige Zufuhrleitung 7, eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8 sowie eine Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 zugeordnet.
Zur Steuerung des Kühlmittelvolumenstromes durch das Ventil 6"" sind innerhalb des Ventilgehäuses 6a"" drei insbesondere translatorisch bewegbare Ventilteller 40, 42, 46 angeordnet. Der erste Ventilteller 40 ist zur Absperrung der kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 vorgesehen, während der zweite Ventilteller 42 zur Absperrung der Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 vorgesehen ist und mittels eines Federelements 44 an dem ersten Ventilteller 40 angehängt ist. Der erste Ventilteller 30 wird von einer sich gegen das Gehäuse 6a"" abstützenden Feder F1 in seine Ruheposition gedrückt, in der die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 gesperrt ist.
In einem unteren Abschnitt des Ventilgehäuses 6a"" ist der dritte Ventilteller 46 angeordnet, er wird mittels einer sich gegen das Gehäuse 6a"" abstützenden Feder F2 in seine Ruheposition gedrückt, in der die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 gesperrt ist. Der dritte Ventilteller 46 ist über eine Stange 45 ansteuerbar, die die Ventilteller 40, 42 durchstößt.
Die Temperaturregelung des Drei-Teller-Thermostatventils 6"" erfolgt prinzipiell wie die Steuerung des Ventils 6'''. Allerdings sind drei Dehnstoffelemente 41, 43, 47 vorgesehen. Das vorzugsweise über externe Wärmezufuhr ansteuerbare erste Dehnstoffelement 41 dient zur gleichgerichteten Verstellung der Ventilteller 40 und 42 (Verstellung zwischen den beiden Arbeitspositionen gemäß Abbildung c und Abbildung d), während die beiden an der Stange 45 angeordneten Dehnstoffelemente 43, 47 zur entkoppelten Verstellung des Ventiltellers 46 dienen. Das zweite Dehnstoffelement 43 ist vorzugsweise über externe Wärmezufuhr aktivierbar. In Abbildung b ist das Dehnstoffelement 43 gegenüber Abbildung a aktiviert, d. h. gedehnt. Es ergibt sich ein vergleichsweise kleiner Verstellweg der Stange 45, der ausreichend ist, um den Ventilteller 46 aus seiner Ruheposition zu heben und einen Strömungsspalt in die Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 freizugeben. Das strömende Kühlmittel verursacht eine Ausdehnung des dritten Dehnstoffelementes 47, so daß sich eine weitere Vergrößerung des durchströmbaren Querschnitts am Ventilteller 46 ergibt (vgl. Abbildung c).
In der Fig. 5 ergibt sich gemäß Abbildung a die erste Arbeitsposition mit einer gesperrten Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 und einer gesperrten kühlerseitigen Abfuhrleitung 8, so daß das Kühlmittel im Kühlkreislauf vollständig ruht. Entsprechend Abbildung b ergibt sich eine zweite Arbeitsposition, in der das Dehnstoffelement 43 aktiviert und der dritte Ventilteller 46 gegen die Kraft der Feder F2 um einen Spalt geöffnet ist. Kühlmittel zirkuliert im Motorkurzschluß und führt dem Dehnstoffelement 47 sowie dem Dehnstoffelement 41 Wärme zu. Somit kann die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 durch eine Ausdehnung des Dehnstoffelements 47 gemäß Abbildung c weiter geöffnet werden. Nachfolgend öffnet das Dehnstoffelement 41 die kühlerseitige Abfuhrleitung 8. Diesem wird durch das nunmehr sowohl durch die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 als auch durch die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 strömende Kühlmittel weiter Wärme zugeführt, so daß es stufenlos entsprechend dem vorgesehenen Regeltemperaturbereich die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 absperrt und die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 vollständig öffnet.
In Fig. 6 ist ein Drei-Teller-Thermostatventil 6''''' in einer ersten Arbeitsposition dargestellt. Dem Ventil 6''''' sind eine motorseitige Zufuhrleitung 7, eine kühlerseitige Abfuhrleitung 8 sowie eine Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 zugeordnet.
Zur Steuerung des Kühlmittelvolumenstromes durch das Ventil 6''''' sind innerhalb des Ventilgehäuses 6a''''' drei insbesondere translatorisch bewegbare Ventilteller 50, 52, 56 angeordnet. Der erste Ventilteller 50 ist zur Absperrung der kühlerseitigen Abfuhrleitung 8 vorgesehen und über ein Verstellelement in Form eines Dehnstoffelements 51 verschiebbar, während der zweite Ventilteller 52 sowie der dritte Ventilteller 56 zur Absperrung der Kurzschluß- Abfuhrleitung 9 vorgesehen sind. Dabei ist der zweite Ventilteller 52 am dritten Ventilteller 56 über eine Feder 54 angehängt. Der erste Ventilteller 50 wird von einer sich gegen das Gehäuse 6a''''' abstützenden Feder F1 in seine Ruheposition gedrückt, in der die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 gesperrt ist.
In einem unteren Abschnitt des Ventilgehäuses 6a''''' sind dem zweiten und dem dritten Ventilteller jeweils ein Anschlag A1 und A2 zugeordnet. Dabei ist die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 zum einen dann gesperrt, wenn der zweite Ventilteller gegen den Anschlag A2 drückt und zum anderen wenn der dritte Ventilteller 56 gegen den Anschlag A1 drückt. Beide Ventilteller 52, 56 sind über eine Stange 55, die den Ventilteller 50 durchstößt, durch das Dehnstoffelement 51 ansteuerbar. Die Ansteuerung der Ventilteller 52, 56 erfolgt ausgehend von der in Fig. 6 dargestellten ersten Arbeitsposition zunächst unabhängig, d. h. entkoppelt von dem ersten Ventilteller 50. Dies ergibt sich daraus, daß der erste Ventilteller von der Stange 55 über einen flanschförmigen Mitnehmer 57 bewegbar ist, dieser Mitnehmer 57 in der ersten Arbeitsposition zunächst aber mit einem Abstand W3 vom ersten Ventilteller 50 angeordnet ist, so daß sich bei einer Verschiebung der Stange 55 ein anfänglicher Leerlaufweg des Mitnehmers 57 ergibt. Dieser Leerlaufweg W3 korrespondiert mit der Positionierung der Ventilteller 52 und 56 sowie der zugehörigen Anschläge A1 und A2 derart, daß anfänglich der dritte Ventilteller 56 am Anschlag A1 anliegt und nach einer Verschiebung der Stange 55 um den Leerlaufweg W3 der zweite Ventilteller 52 noch nicht am Anschlag A2 anliegt. Erst wenn die Stange 55 den ersten Ventilteller 50 mitgenommen und somit die kühlerseitige Abfuhrleitung 8 geöffnet hat, soll die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 über eine weitere Verschiebung der Stange 55 absperrbar sein.
Dem Dehnstoffelement 51 ist eine Energiezufuhreinrichtung 53 entsprechend den anderen Ausführungsbeispielen zugeordnet, die eine externe Beheizung ermöglicht. Vorzugsweise beinhaltet das Dehnstoffelement 51 in zwei getrennten Kammern Wachsfüllungen mit unterschiedlichen Schmelz- bzw. Umwandlungs- bzw. sonstigen Ausdehnungseigenschaften, so daß ein Teil des Dehnstoffelements ein vorrangiges Ansprechverhalten aufweist.
Die Temperaturregelung des Drei-Teller-Thermostatventils 6''''' erfolgt über das Dehnstoffelement 51, wobei zum einen über die externe Energiezufuhr der Temperaturregelbereich des Ventils veränderbar ist und zum anderen eine Durchströmung des Ventils 6''''' durch die Kurzschluß-Abfuhrleitung 9 über ein Öffnen des dritten Ventiltellers 56 initialisierbar ist.

Claims

1. Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf (1) einer Brennkraftmaschine (2), mit
einem durchströmbaren Gehäuse (6a'), welches eine erste Durchflußöffnung zum Anschluß an eine erste Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung (8), eine zweite Durchflußöffnung zum Anschluß an eine zweite Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung (9), sowie
eine dritte Durchflußöffnung zum Anschluß an eine dritte Kühlmittelleitung, insbesondere eine Zufuhrleitung (7) aufweist,
einem in dem Gehäuse gelagerten Verschlußorgan (10, 12), das von einer Betätigungseinheit (11, 15) verstellbar ist, wobei
das Verschlußorgan ein erstes Sperrelement (10) zum Sperren der ersten Durchflußöffnung sowie ein mit dem ersten Sperrelement gekoppeltes zweites Sperrelement (12) zum Sperren der zweiten Durchflußöffnung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem zweiten Sperrelement (12) eine Verstelleinrichtung (13) zugeordnet ist, über die das zweite Sperrelement gegenüber dem ersten Sperrelement (10) derart verstellbar ist, daß
das Verschlußorgan zum einen in eine Durchlaßstellung, in der es genau eine Durchflußöffnung verschließen kann, und zum anderen in eine Absperrstellung bringbar ist, in der es zwei Durchflußöffnungen verschließen kann.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung als zweite, unabhängige, gehäuseseitig gelagerte Betätigungseinheit (13) für das zweite Sperrelement (14) ausgeführt ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung als zweite, unabhängige, verschlußorgan-seitig gelagerte Betätigungseinheit für das zweite Sperrelement (14) ausgeführt ist.

4. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betätigungseinheit als elektrisch beheizbares und/oder über das Kühlmittel temperierbares Dehnstoffelement ausgeführt ist.

5. Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit
einem durchströmbaren Gehäuse (6a"), welches eine erste Durchflußöffnung zum Anschluß an eine erste Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung(8), eine zweite Durchflußöffnung zum Anschluß an eine zweite Kühlmittelleitung, insbesondere eine Abfuhrleitung (9), sowie
eine dritte Durchflußöffnung zum Anschluß an eine dritte Kühlmittelleitung, insbesondere eine Zufuhrleitung (7) aufweist,
einem in oder an dem Gehäuse gelagerten Verschlußorgan (20, 22, 26), das von einer Betätigungseinheit (21) verstellbar ist, wobei
das Verschlußorgan ein erstes Sperrelement (20) zum Sperren der ersten Durchflußöffnung sowie ein mit dem ersten Sperrelement gekoppeltes zweites Sperrelement (22) zum Sperren der zweiten Durchflußöffnung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Verschlußorgan ein drittes Sperrelement (26) zugeordnet ist, das gegenüber dem ersten und dem zweiten Sperrelement (20, 22) derart verstellbar ist, daß
das Verschlußorgan (20, 22, 26) zum einen in eine Durchlaßstellung, in der es genau eine Durchflußöffnung verschließen kann, und zum anderen in eine Absperrstellung bringbar ist, in der es zwei Durchflußöffnungen verschließen kann.

6. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse eine Anzapföffnung (A) vorgesehen ist, über die Kühlmittel zu- und/oder abführbar ist.

7. Kühlmittelkreislauf (1) einer Brennkraftmaschine mit
einem Kühlmittel-/Luft-Wärmetauscher (5), dem
eine Bypassleitung (9) zugeordnet ist, wobei
die Kühlmittelverzweigung zwischen einer Wärmetauscher- Leitung und der Bypassleitung temperaturabhängig über ein Thermostatventil (6') steuerbar ist, welches
einen ersten Anschluß an die Wärmetauscher-Leitung (8),
einen zweiten Anschluß an die Bypassleitung (9) sowie
einen dritten Anschluß an eine brennkraftmaschinenseitige Zu- oder Abfuhrleitung (7) aufweist und welches
ein mittels einer Betätigungseinheit (11) verstellbares Verschlußorgan umfaßt, dem ein erstes Sperrelement (10) zum Sperren der Wärmetauscher-Leitung (8) sowie ein mit dem ersten Sperrelement gekoppeltes zweites Sperrelement (12) zum Sperren der Bypassleitung (9) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem zweiten Sperrelement (12) eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, über die das zweite Sperrelement gegenüber dem ersten Sperrelement (10) derart verstellbar ist, daß
das Verschlußorgan zum einen in eine Durchlaßstellung, in der es entweder die Bypassleitung (9) oder die Wärmetauscher-Leitung (8) verschließen kann, und zum anderen in eine Absperrstellung bringbar ist, in der es sowohl die Bypassleitung als auch die Wärmetauscher-Leitung verschließen kann.

8. Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit
einem Kühlmittel-/Luft-Wärmetauscher, dem
eine Bypassleitung zugeordnet ist, wobei
die Kühlmittelverzweigung zwischen einer Wärmetauscher- Leitung und der Bypassleitung temperaturabhängig über ein Thermostatventil (6") steuerbar ist, welches
einen ersten Anschluß an die Wärmetauscher-Leitung (8),
einen zweiten Anschluß an die Bypassleitung (9)sowie
einen dritten Anschluß (7) an eine brennkraftmaschinenseitige Zu- oder Abfuhrleitung aufweist und welches
ein mittels einer Betätigungseinheit (21) verstellbares Verschlußorgan umfaßt, dem ein erstes Sperrelement zum Sperren der Wärmetauscher-Leitung (8) sowie ein mit dem ersten Sperrelement gekoppeltes zweites Sperrelement zum Sperren der Bypassleitung (9) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Verschlußorgan ein drittes Sperrelement (26) zugeordnet ist, das gegenüber dem ersten und dem zweiten Sperrelement derart verstellbar ist, daß
das Verschlußorgan zum einen in eine Durchlaßstellung bringbar ist, in der es entweder die Bypassleitung oder die Wärmetauscher-Leitung verschließen kann, und zum anderen in eine Absperrstellung bringbar ist, in der es sowohl die Bypassleitung als auch die Wärmetauscher-Leitung verschließen kann.

9. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Thermostatventil eine Anzapfleitung vorgesehen ist, über die Kühlmittel aus dem Thermostatventil an einen zweiten Wärmetauscher der Brennkraftmaschine, insbesondere an einen Innenraumwärmetauscher eines Kraftfahrzeuges, transferierbar ist.

10. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkreislauf, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
bei dem nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Kühlmittelkreislauf mittels eines Thermostatventils, insbesondere eines Thermostatventils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, anfänglich unterbrochen und
nachfolgend durch eine Verstellung des Verschlußorgans des Thermostatventils der Kühlmittelkreislauf zwischen Brennkraftmaschine und einer Bypassleitung geöffnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Verschlußorgans über ein innerhalb des Kühlmittelkreislaufs angeordnetes Dehnstoffelement durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterbrochenem Kühlmittelkreislauf Kühlmittel über eine Anzapfleitung aus dem Thermostatventil abgeführt wird.